Valutazione degli effetti di diverse diete sulla diversità del microbioma e sulla composizione degli acidi grassi del liquido ruminale nella capra

Negli ultimi 20 anni, l‘uso di diverse fonti di lipidi polinsaturi nella dieta dei ruminanti da latte è stato ampiamente adottato al fine di modificare la composizione degli acidi grassi del latte verso un profilo più desiderabile per la salute umana (Mele, 2009). L’efficienza del trasferimento di acidi grassi dalla dieta al latte dipende da diversi fattori, tra cui la natura dell’integrazione di grassi e l’interazione tra la fonte di grassi e la flora del rumine. Gli acidi grassi polinsaturi della razione, infatti, vengono massicciamente convertiti dai processi di lipolisi e bioidrogenazione in acido stearico (C18:0), dopo una precedente lipolisi dei trigliceridi e dei fosfolipidi. Inoltre, gli integratori lipidici possono interagire con i batteri cellulosolitici, interferendo con la degradazione delle fibre (Chilliard et al., 2003).

Diversi studi in vitro e in vivo, volti a valutare l’interazione tra integratori di grassi e microbi ruminali, hanno dimostrato che la composizione di acidi grassi nel liquido ruminale può essere informativa (Buccioni et al., 2012). Ad esempio, le differenze nel contenuto di isomeri C18:3, C18:2 e C18:1 nel liquido ruminale possono essere associate a percorsi alternativi di bioidrogenazione (Shingfield et al., 2010). Allo stesso tempo, il contenuto di specifici acidi grassi originati da differenti metabolismi dei microbi ruminali (es. acidi grassi a catena dispari e ramificata) o la presenza di lipidi plasmalogeni che sono componenti delle membrane cellulari dei microbi sono stati associati a specifici regimi dietetici (Alves et al., 2013). Fievez et al. (2012) hanno proposto un modello predittivo per stimare l’attività ruminale, considerando gli acidi grassi a catena dispari e catena ramificata presenti nel latte. Più recentemente, l’introduzione di tecniche di sequenziamento ad alto rendimento, utilizzando il gene 16S come bersaglio universale (Frey et al., 2010), ha portato a notevoli progressi nella caratterizzazione delle comunità microbiche ruminali, poiché i metodi dipendenti dalla coltura rilevano solo circa l’11% delle specie presenti in questo ecosistema (Fernando et al., 2010). Con queste tecnologie sono stati pubblicati studi su: composizione del metagenoma ruminale (Cunha et al., 2011) e cambiamenti della microflora dovuti a dieta e integrazione diverse (Toral et al., 2016) per diverse specie, principalmente per bovini e ovini, mentre per la capra sono disponibili poche informazioni.

In uno studio pubblicato sulla rivista Animal (Cremonesi et al., 2018) è stato messo a punto un sistema per valutare le risposte e le associazioni tra la struttura del microbioma e la produzione ruminale di FA a causa di diete integrate con acido linoleico (semi di canapa) o acido α-linolenico (semi di lino) in 18 capre alpine, utilizzando rispettivamente tecniche NGS e GC.

In questo studio, le tecniche NGS e GC sono state utilizzate per valutare gli effetti dell’integrazione dietetica di grassi sulla comunità microbica ruminale e sulla composizione lipidica del liquor ruminale, rispettivamente, in 18 capre alpine. Per il piano sperimentale è stato considerato un periodo di 100 giorni per verificare un cambiamento nella composizione della comunità microbica ruminale.

Indipendentemente dalla dieta somministrata alle capre, Bacteroidetes e Firmicutes sono risultati la componente microbica più rappresentativa, con un’elevata abbondanza di Prevotellaceae, Veillonellaceae e una bassa presenza di Ruminococcaceae, Paraprevotellaceae e Lachnospiraceae. 

Questi risultati suggeriscono che le Prevotellaceae e le Bacteroidaceae sono, apparentemente, le principali famiglie coinvolte nella degradazione della razione a livello ruminale. Per quanto riguarda Archaea, che rappresenta circa il 4% dei microbi ruminali (Paul et al., 2015), Methanobrevibacter è stato il genere principale. Questi batteri sono anaerobi obbligati nettamente differenziati da altri organismi, che producono metano come principale prodotto catabolico. 

Il lavoro di Cremonesi et al. (2018) ha dimostrato che le due integrazioni lipidiche (canapa – fonte di acido linoleico; semi di lino – fonte di acido α-linolenico), hanno promosso cambiamenti nel processo di bioidrogenazione del rumine nella capra. Il primo effetto osservato con l’integrazione lipidica è stato il notevole aumento di C18:0 nel fluido ruminale. Durante il processo di bioidrogenazione, gli acidi grassi insaturi vengono isomerizzati e idrogenati generando un complesso sistema di isomeri, per lo più con doppi legami a isomeria trans. Questi intermedi del rumine possono variare ampiamente in base ai cambiamenti nella composizione della dieta, come riportato da Chilliard et al. (2007).

L’incremento di C18:0 non è correlato a un contemporaneo aumento di acido vaccenico (C18:1t11), il principale intermedio della bioidrogenazione. Probabilmente, l’integrazione lipidica sposta la via bioidrogenativa verso altri isomeri trans C18:1. 

Nel studio di Cremonesi et al. (2018), le Fibrobacteriaceae sono la famiglia batterica che mostra la correlazione più alta e significativa con la via di biodrogenazione dell’acido α-linolenico. F. succinogenes è il principale rappresentante delle Fibrobacteriaceae (Shah e Collins, 1983), che, probabilmente, sintetizza C18:0 per fabbisogni, a partire dall’acido α-linolenico. Forse F. succinogenes svolge un ruolo nella disintossicazione dell’ambiente ruminale attraverso la produzione di C18:0, necessario per il suo metabolismo. 

Inoltre, la correlazione significativa e positiva tra l’abbondanza relativa dei batteri ruminali RF16 e gli acidi grassi a catena dispari e ramificata, può indicare che questa famiglia svolge un ruolo nel metabolismo ruminale. Questi acidi grassi sono sintetizzati nel rumine da batteri cellulosolitici e amilolitici (Buccioni et al., 2012).

Le principali specie batteriche identificate coinvolte nel processo BH appartengono al gruppo Butyrivibrio, che comprende i generi Butyrivibrio e Pseudobutyrivibrio (Paillard et al., 2007) e batteri filogeneticamente correlati (Devillard et al., 2007). Entrambi questi generi non sono stati influenzati dall’integrazione di canapa e semi di lino. Nonostante questo risultato, è stato osservato un diverso percorso di bioidrogenazione tra il gruppo della canapa e quello dei semi di lino. Questi risultati confermano i recenti studi in vivo (Belenguer et al., 2010; Huws et al., 2011; Shingfield et al., 2012; Castro Carrera et al., 2014), che hanno suggerito una minore rilevanza delle specie Butyrivibrio e Pseudobutyrivibrio nel ruminale BH di quanto inizialmente pensato. 

L’integrazione di semi di lino ha ridotto significativamente il livello di Prevotella spp. e DMA, quindi ipotizziamo un possibile ruolo di questo phylum nella sintesi dei plasmalogeni, una componente molecolare che costituisce le membrane cellulari batteriche. Questa è la prima volta che l’effetto dell’integrazione lipidica sulla sintesi di DMA è stato riportato nella capra, quindi sono necessarie ulteriori indagini per comprendere il ruolo della Prevotella in questo percorso del metabolismo lipidico del rumine.

In conclusione, l’integrazione di mangimi con diverse fonti lipidiche ha avuto un effetto rilevante sulla biodiversità della comunità batterica ruminale nelle capre. Questi cambiamenti hanno avuto ripercussioni rilevanti sul metabolismo lipidico del rumine, in particolare sulla sintesi di prodotti della bioidrogenazione e plasmalogeni. L’effetto della dieta sulla popolazione ruminale e sul suo metabolismo è molto importante per definire la composizione del latte attraverso la modulazione dell’AF con particolare interesse per la qualità del latte.

La presente nota è una sintesi del seguente articolo scientifico pubblicato su ANIMALS dove è riportata tutta la letteratura citata: Cremonesi P., Conte G.,Severgnini M., Turri F., Monni A., Capra E., Rapetti L., Colombini S., Chessa S., Battelli G., Alves S.P., Mele M., Castiglioni B. (2018). Evaluation of the effects of different diets on microbiome diversity and fatty acid composition of rumen liquor in dairy goat. Animal, 12, 1856-1866.

Autori: 

Giuseppe Conte, Alberto Stanislao Atzori, Fabio Correddu, Antonio Gallo, Antonio Natalello, Sara Pegolo, Manuel Scerra – Gruppo Editoriale ASPA.